Trình bày lý thuyết thực hiện tính toán các thông số của MFĐB, ứng dụng tính toán các thông số và viết phương trình của máy phát đồng bộ ở hệ trục d, q

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (194.26 KB, 23 trang )

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN
MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN
Bài 1.Trình bày lý thuyết thực hiện tính toán các thông số của MFĐB, ứng
dụng tính toán các thông số và viết phương trình của máy phát đồng bộ ở hệ trục
(d, q) theo giá trị tương đối với các thông số như sau:
Un = 380 + Số thứ tự sinh viên trong danh sách (V)
In = 170 + Số thứ tự sinh viên trong danh sách/2 (A)
r = 0.035 -Số thứ tự sinh viên trong danh sách/5000 (Ω)
f n = 50 Hz , ,X = 2 (tđ), X = 0.83 (tđ), X = 0.065, X d' = 0.25 , X d" = 0.17 ,
d
q
S
X q" = 0.19 T f = 1.64( s) Td" = 0.018( s )
,
,
1.1

Trình bày lý thuyết thực hiện tính toán các thông số của MFĐB

Trong các hồ sơ, tài liệu của máy điện có thể biết được một số
thông số có trong hệ phương trình của máy phát đồng bộ viết ở
hệ phương trình tương đối, còn một số khác như hệ số tương
quan, hằng số thời gian của cuộn ổn định thì không tra cứu ngay
được mà phải tính toán từ các thông số khác, thường trong hồ sơ
có các thông số sau: :
Những thông số định mức:
r : điện trở thuần cuộn stator ().
: điện trở cuộn kích từ ().
: trở kháng theo trục d.

: trở kháng theo trục q.
: trở kháng tản của cuộn stato chung cho cả 2 trục d và q (cho ở
giá trị tương đối).
: trở kháng quá độ theo trục d.
: trở kháng siêu quá độ theo trục d.
Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN
: trở kháng siêu quá độ theo trục q.
: hằng số thời gian của cuộn kích từ.
: hằng số thời gian siêu quá độ của cuộn stator theo trục dọc.
: hằng số thời gian siêu quá độ của cuộn stator theo trục ngang.
Như vậy để viết hê phương trình của mát phát đồng bộ cần phải
tính toán các thông số: .
Trở kháng siêu quá độ được xác định bằng tỉ số giữa gia số của từ
thông tăng với gia số dòng điện ứng với từng trục.
.
Còn trở kháng quá độ cũng được định nghĩa như trở kháng siêu
quá độ nhưng không tính cuộn ổn định: .
Tìm công thức và :
Ta có :
(1)
Mặt khác :

Giải hệ phương trình trên tìm nghiệm
Do đặc thù trong cấu trúc của máy phát đồng bộ là quán tính các
cuộn dây đặt trên roto lớn hơn nhiều quán tính của cuộn dây
stator.

có thể giả thiết rằng nếu so sánh chúng với .
Khi đó ta tính được theo :

Thay các biểu thức tính và vào (1) phương trình ta có :
(2)
Mặt khác ta có:

Với
Sau khi biến đổi (2) ta thu được biểu thức tính
Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

Đại lượng trở kháng quá độ của cuộn stato theo trục dọc được
định nghĩa tương tự như đại lượng trở kháng siêu quá độ nhưng bỏ
qua cuộn ổn định.
Bằng phép biến đổi tương tự như trên ta nhận được công thức
tính
Từ (3),(4),(5) ta đưa ra được sơ đồ thay thế của máy phát đồng bộ
như sau:
XS
X d"

X ad

X fS

X DS

XS

XS
X ad

X d'

X fS

X q"

X aq

X QS

Từ các công thức thu được, người ta đưa ra phương pháp tính các
hệ số trong hệ phương trình của máy phát đồng bộ như sau:
Ta có

•

Tính :

•

Tính :
Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN
Hằng số thời gian siêu quá độ cuộn stato và cuộn ổn định có
thể coi bằng nhau:
Ta có:

Từ (3) :
Tương tự ta nhận được:

Ta có:
Nên:
1.2

Ứng dụng lý thuyết để giải bài tập sau:
ĐỀ BÀI : SỐ THỨ TỰ 35
Un = 380 + 35 = 415(V)
In = 170 + 55/2 = 197.5(A)
r = 0.035 -35/5000 = 0.023 (Ω)
Bài giải:
Tìm các giá trị cơ bản như sau:

Ta có:

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

Tính

Vì:

Vậy hệ phương trình của máy phát đồng bộ đã cho viết ở hê (d,q ) và giá trị
trương đối như sau:

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

Bài 2. Trình bày lý thuyết thực hiện tính toán các thông số của Động cơ
không đồng bộ, ứng dụng tính toán các thông số và viết phương trình của
Động cơ không đồng bộ ở hệ trục (d,q) theo giá trị tương đối với các thông số
như sau:
;;;;
2.1 Phần lý thuyết.
2.1.1 Chọn giá trị so sánh cơ bản
- Điện áp stato :
U b =U n

2
3

.

Biên độ điện áp định mức
- Dòng điện :
I b = 2I n

- Tổng trở :

Zb =

Ub
Ib
- Công Suất :

3
Pb = 3U n I n = U b I b
2
Công Suất định mức của động cơ

- Tốc độ :

ω b = ω n = 2π . f n
- Mô Men :

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN
Pb
ωb

Mb =

- Từ thông :

ψ b = Lb I b =

Ub
U
.Lb = b .
Zb
ωb

ψ b : Giá trị từ thông định mức khi động cơ quay ở không tải với giá trị định mức.

- Dòng điện roto :
I Db =

Ψb
.
M dD

I Qb =

Ψb
M Qq

-

Từ thông móc vòng roto :

ΨDb = LD I Db
ΨQb = LQ I Qb

2.1.2 Thực hiện chuyển đổi
+ Các pt (3.4), (3.5) đó viết ở giá trị tương đối .
+ Từ pt (3.8).
rD .i D +

dψ D
−ψ Q .S .ωS = 0
dt

dψ D
= −rD .iD +ψ Q .S .ωS
dt
ψQ
dψ D
r .i
⇔
= − D D + S .ωS .
ψ Db dt
LD .I Db
ψ Db
⇔

dψ D*
r
⇔
= − D .iD* + S .ωS .ψ Q*
dt
LD



M dD = M qQ
⇒ I Db = I Qb ⇒ψ Db = ψ Qb

L
=
L

Q
(Vỡ  D
)
Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

dψ D*
iD*
⇔
= − + S .ω S .ψ Q*
dt
Tr

Tr =
Trong đó

LD LQ
=
rD
rQ

(3.16)

là hằng số thời gian của mạch rotor.

+ Từ pt(3.9) : Tương tự (3.8) ta nhận được:
dψ Q*
dt

=−

iQ*
Tr

− S .ω S .ψ D*

(3.17)

Tr : Được dựng để biểu diễn động cơ không đồng bộ là roto lồng sóc hay dây
quấn.
+ Từ pt(3.10) :

ψ d = Ld .id + M dD .iD
⇔

ψ d Ld .id
M .i
=
+ dD D
ψ b Lb .I b M dD .I Db

⇔ ψ d* =

Ld * *
.id + iD
Lb

⇔ ψ d* = X * .id* + iD*

(3.18)

Ld ω.Ld
X
=
= d = X d* = X q* = X
( Với: Lb ω.Lb X b
)

+ Từ pt (3.11) : Tương tự (3.10)

ψ q* = X * .iq* + iQ*

(3.19)

+ Từ pt (3.12) :

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

ψ D = LD .iD + M Dd .id
M .i
ψ
L .i
⇔ D = D D + Dd d
ψ Db LD .I Db
ψ Db
Do cách chọn

ψ Db = LD .I Db = LD .

⇒ ψ D* = iD* + X * .

ψb
L .L
L .L
= D b .I b = *D d .I b
M dD
M dD
X .M dD

M Dd .M dD *
.id
LD .Ld

Đặt :

M Dd .M dD

=µ
LD .Ld
: Hệ số tương quan của mạch roto và stato theo trục dọc, hệ số này
chung cho cả hai trục d và q.

⇒ ψ D* = iD* + X * .µ.id*

(3.20)

+ Từ pt (3.13) : Tương tự (3.12) ta nhận được:

ψ Q* = iQ* + X * .µ .iq*
µ=

M Qq .M qQ
LQ .Lq

=

(3.21)

M Dd .M dD
LD .Ld

+ Từ pt (3.14) :
dωr
dt
M
M 
dωr

⇔  e − c .M b = J .ωb .
ωb .dt
 Mb Mb 
dωr*
*
*
⇔ ( M e − M c ).M b = J .ωb .
dt
M e − M c = J.

⇔ M e* − M c* = J .

ωb dω r*
.
M b dt

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

dωr*
⇔ M − M = TM .
dt
*
e

*
c

(3.22)


J .ωb 
 TM =

M
b 

: Hằng số thời gian cơ khí

+ Từ pt (3.15) :
3
.(ψ d .iq −ψ q .id )
2
M
3 ψ d .iq ψ q .id
⇔ e = .
−
Mb 2  Mb
Mb
Me =

Do

Mb =






Pb 3 U b .I b 3
= .
= .ψ b .I b
ω b 2 ωb
2




ψ q .id 
3 ψ d .iq

⇒ M e* = .
−
3
2  3 .ψ .I
.ψ b .I b 

b b
2
2

(3.15)

⇔ M e* = ψ d* .iq* − ψ q* .id*

(3.23)

Như vậy ta nhận được 10 phương trình sau khi viết ở hệ trục tương đối ngầm
định bỏ dấu (*).

u d = r.id +
u q = r.iq +

1 dψ d
.
− ω S .ψ q
ωb dt

1 dψ q
.
− ω S .ψ d
ωb dt

dψ D
i
= − D + S .ω ST .ψ Q
dt
Tr

(3.24)

(3.25)

(3.26)

(ωST: Vận tốc từ trường quay ở giá trị thật)

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

dψ Q
dt

=−

iQ
Tr

− S .ω ST .ψ D
(3.27)

ψ d = X .id + iD

(3.28)

ψ q = X .iq + iQ

(3.29)

ψ D = iD + X .µ.id

(3.30)

ψ Q = iQ + X .µ.iq

(3.31)

M e − M c = TM .

dω r
dt

(3.32)

M e = ψ d .iq − ψ q .id

(3.33)

+ Hệ phương trình trên được viết chung cho động cơ không đồng bộ roto lồng
sóc và roto dây quấn, nhưng cuộn stato được nối hình sao. Để chuyển từ roto lồng
sóc sang roto dây quấn chỉ cần giảm giá trị Tr là được.
+ Nếu là động cơ không đồng bộ mà các cuộn stato nối hình tam giác ta sử dụng
các phương trình (3.24) → (3.33) với chú ý :
-

Vế trái của phương trình (3.24) , (3.25) ta nhân lên
nguyên

-

Các phương trình còn lại vẫn giữ nguyên

-

3 lần, vế phải giữ

Lý thuyết thực hiện tính toán các thông số ĐCKĐB
Ta nhận thấy trở kháng của từng cuộn dây bao gồm 2 thành phần: Trở kháng
của bản thân cuộn dây và trở kháng hỗ cảm giữa các cuộn dây.
Sơ đồ tương đương cho cả 2 trục:

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN
r

X 2'

X1

r2'

Xm

r: Điện trở thuần cuộn stator
X1: Trở kháng cuộn Stator
Xm: Trở kháng hỗ cảm mạch stator và mạch roto
X’2: Trở kháng mạch Roto
r’2: Điện trở thuần mạch Roto
Như vậy trở kháng đồng bộ cuộn Stator X= X1+ Xm
Trở kháng mạch Roto: Xr= X’2 + Xm
Khi đó hằng số thời gian mạch roto:

Lr
r '2

Xr
ωb .r '2

T r= =
Hệ số tương quan giữa mạch roto và stato μ

μ=

M Dd .M dD
LD .Ld

=

X m2
X r .X

2.2 Ứng dụng xây dựng mô hình của động cơ không đồng bộ với các thông số sau
Một động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 4A160 M80 M2

Bài giải.
Tìm các giá trị cơ bản như sau:

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

Tính toán thông số ta có:

Như vậy ta có mô hình của động cơ trên được biểu diễn dưới hệ trục (d,q) như sau:

( Nếu thì )
(Nếu thì )

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

Bài 3. Mô phỏng quá trình khởi động động cơ từ máy phát đã tính được từ câu hỏi
1. Biết rằng máy phát được lai bởi Dieasel ổn định tốc độ nhờ bộ điều tốc liên hợp.
1.

Mô hình tổng thể hệ thống động cơ sơ cấp – máy phát đồng bộ - tải.
Mô hình động cơ sơ cấp – máy phát đồng bộ - tải như sau:
Kcs
1
Kcs1
1

id
w

w

Me

w

id

ud

ud

iq

uq

uq

iq
Me

scope D

scope DT

wr

Scope DC

Me

DCSC va BDT

uf

DCKDB

u

MFDB
XY Graph
DCDA
u

Scope DT
uf

uq
id

Scope mf

2.

Xây dựng mô hình động cơ không đồng bộ.
Từ hệ phương trình của động cơ không đồng bộ

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN
U d = r.i d − ψ q

U q = r.iq + ψ d
dψ D
i
i
= − D + ψ Q .s.ϖ ST = − D + (1 − ω r ).314.ψ Q
dt
Tr
Tr
dψ Q
dt

=−

iQ
Tr

− ψ D .s.ϖ ST = −

iQ
Tr

− (1 − ω r ).314.ψ D

ψ d = x.id + i D
ψ q = x.i q + iQ
ψ D = µ .x.id + i D
ψ Q = µ .x.i q + iQ
dω r
= Me − Mc
dt

M e = ψ d .i q − ψ q .i d

TM .

⇒ ψ q = −U d + r.id

ψ d = U q − r.iq
 i
1
ψ D = − D + (1 − ω r ).314.ψ Q .
 Tr
 s
 iQ
1
ψ Q = − − (1 − ω r ).314.ψ D .
 Tr
 s
1
id = (ψ d − i D ).
x
1
iq = (ψ q − iQ ).
x
i D = ψ D − µ .x.id
iQ = ψ Q − µ .x.iq

ω r = ( M e − M c ).

1 1
.

TM s

M e = ψ d .iq − ψ q .id

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

s
1

1
s

P ro d u c t4

w

Add4

P ro d u c t5

X iQ

X iD

In te g ra to r1

1 /T r

-K -

iD
1
id
X iQ

3

1
s

P ro d u c t6
Add5

sc o p e D

In te g ra to r2

X iD

-K -

1 /T r1

1
u
M a th

F u n c ti o n

4
X iq

wr

P ro d u c t

2
ud

i

hypot

r
id

5

M a th
F u n c ti o n 2

-K -

Me

id
1

-K -

u
M a th
F u n c tio n 1

Add

1 /X

-K -

X

m uy
X iD

X id

iD

3
uq

iD
-K -

P ro d u c t1
r1

iq

-K -

-K Add1

iq

-K -

1 /X 1

X1

iQ

-K m uy1
X iQ

2
iQ

iq

Me

s

P ro d u c t3
1

Add2
Add3

1 /T M

1
s

wr

In te g ra to r

0 .3
P ro d u c t2

Mc

3 .Xây dựng mô hình con máy phát đồng bộ
Hệ phương trình của hệ thống:

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN
ud = ω. X q .iq
uq = ω. ( i f − X d .id )
u f = i f + Tf .

ψf

dψ f

dt
= i f − µd . X d .id

Từ đó ta xây dựng được như sau :
1
3
iq

-K -

2

w

ud

P ro d u c t

Xq
h yp o t

4
u

M a th
F u n c tio n

3
uq

P ro d u c t1

2
id

2

-K Xd

m u yd

4

1 /T f

uf

X if

1
s

-K -

if

In te g ra to r

Add

1
Me

P ro d u c t2
-K X id .i q

r

X id

P ro d u c t3

-K X i q .id
r1

4.Xây dựng mô hình con của bộ tự động điều chỉnh điện áp
Gồm các hệ phương trình sau:
Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN
u f = uq + X d .id + ∆e
u f ≤ U f max
k
TP + 1
−∆E max ≤ ∆e ≤ ∆E max

∆e = ( un − u ) .

Từ đó ta xây dựng được như sau:

3

1

id

xd

1

10

u

0 .1 s+ 1
Add

T ra n sfe r F c n 1

1

S a tu ra ti o n
Add1

S a tu ra ti o n 1

uf

1
C o n sta n t

2
uq

5.Mô hình con của động cơ sơ cấp và bộ điều tốc

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

1

1
Me

Add

T ra n sfe r Fcn

1

1
s

0 .5

0 .0 1 s+1

1 /T j

In te g ra to r

1

2

2 .0 1 s+ 1
Co n sta n t

sco p e DT

T ra n sfe r Fcn 1

Kp
phi
33

1
Co n sta n t1

1
w

Chạy mô phỏng trên MATLAB ta được:

1. Đặc tính XY Graph

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

3.

Đặc tính Scope DCKDB (Động cơ không đồng bộ)

Sinh Viên:Lưu Văn Thiện
MSV: 48382

MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

6
1. i= f(f)
2. w = f(t)
3. M e = f(t)

5

4

3

2